{{{sourceTextContent.title}}}

Tragbares Bildgebungssystem hilft Chirurgen, bei der Tumorentfernung zwischen gesundem und krebsartigem Gewebe zu unterscheiden

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Die Forschung hat gezeigt, dass chirurgische Behandlungen bei Krebs in der Regel am erfolgreichsten sind, wenn die Chirurgen nicht nur den Tumor, sondern auch eine gesunde Gewebeschicht, die ihn vollständig umgibt, entfernen. Dies kann jedoch schwierig sein, da es schwierig ist, die Grenze zwischen dem Tumor und dem gesunden Gewebe genau zu bestimmen. Außerdem hängt die optimale Dicke der gesunden Schicht von der Art und Lage des Tumors ab

{{{sourceTextContent.description}}}

Forscher haben nun ein kostengünstiges, einfaches Bildgebungssystem entwickelt, das mit Hilfe von auf den Tumor ausgerichteten fluoreszierenden Molekülen die Tiefe der Tumorzellen im Körper bestimmt. Das tragbare System könnte Chirurgen dabei helfen, bei der Entfernung eines Tumors präziser zwischen gesundem und krebsartigem Gewebe zu unterscheiden.

Ärzte können bei der Tumorresektion fluoreszierende Moleküle verwenden, um Krebszellen zum Leuchten zu bringen, so dass der Chirurg sehen kann, ob Krebsgewebe übrig bleibt. Die für diese Technik erforderliche Ausrüstung ist jedoch nicht allgemein zugänglich und liefert in der Regel keine quantitativen Informationen darüber, wie tief im Gewebe die Krebszellen sitzen. Das tragbare und einfach zu bedienende System, das von Forschern der Washington University in St. Louis (WUSTL, St. Louis, MI, USA) entwickelt wurde, würde Chirurgen Zugang zu Informationen über die Tiefe des Gewebes verschaffen und ihnen helfen, eine vollständige gesunde Gewebeschicht um den Tumor herum zu entfernen, was nachweislich die bestmöglichen Ergebnisse für die Patienten liefert.

Das Forscherteam entwickelte das neue Instrument auf der Grundlage der Anwendung eines einzigen Fluoreszenzfarbstoffs während der Tumorresektion, der dann durch zwei verschiedene Nahinfrarot (NIR)-Wellenlängen angeregt werden kann, die in unterschiedliche Tiefen des Gewebes eindringen. Die emittierte NIR-Fluoreszenz kann durch das Gewebe hindurch abgebildet werden, so dass Krebszellen 1 bis 2 Zentimeter unter der Oberfläche nachgewiesen werden können. Die Fluoreszenz mit doppelter Wellenlängenanregung nutzt die Tatsache, dass verschiedene Farben oder Wellenlängen des Lichts unterschiedliche Entfernungen im Gewebe zurücklegen. Indem man fluoreszierende Moleküle, die auf den Tumor abzielen, mit verschiedenen Lichtwellenlängen beleuchtet und ihre Reaktionen vergleicht, kann man vorhersagen, wie tief sich die auf den Tumor abzielenden Wirkstoffe im Gewebe befinden.

Das neue Fluoreszenz-Bildgebungssystem verwendet 730-nm- und 780-nm-LEDs für die beiden Wellenlängen des Anregungslichts und eine monochrome CMOS-Kamera zur Erfassung der resultierenden Fluoreszenz. Außerdem wurde eine 850-nm-LED eingebaut, um ein Hellfeldbild zu erzeugen, mit dem die Fluoreszenzbilder mit der realen Ansicht des Gewebes korreliert werden können. Die Forscher entschieden sich für die Verwendung eines experimentellen Wirkstoffs namens LS301, der während einer Tumorresektion verabreicht werden kann, als auf Krebs abzielende Infrarotsonde, da sein breites Anregungsspektrum die Verwendung mehrerer Fluorophore überflüssig macht, was die klinische Anwendung komplexer gemacht hätte. LS301 wird derzeit in klinischen Studien an Brustkrebspatientinnen getestet.

Nachdem die Forscher das System an geschichteten synthetischen Materialien und Hühnerfleischscheiben getestet hatten, untersuchten sie seine Fähigkeit, die Tiefe eines Tumors aus in Mäusen gezüchteten Brusttumoren vorherzusagen. Dazu wurde den Mäusen LS301 injiziert und dann mit dem System abgebildet. Die Aufnahme der erforderlichen Bilder dauerte 5 Minuten. Die auf diesen Bildern basierenden Berechnungen stimmten gut mit der tatsächlichen Tiefe des Tumors überein und wiesen einen durchschnittlichen Fehler von nur 0,34 mm auf, was für den klinischen Einsatz wahrscheinlich akzeptabel ist. Die Forscher arbeiten nun daran, das System für die chirurgische Führung noch nützlicher zu machen, indem sie die Datenverarbeitung beschleunigen und das System weiter automatisieren, damit es die gesamte Gewebeoberfläche scannen kann.

"Die wenigen kommerziellen Systeme, die quantitative Tiefeninformationen liefern, sind groß und teuer, was den Einsatz außerhalb großer medizinischer Zentren einschränkt", sagte die Leiterin des Forschungsteams, Christine M. O'Brien vom Labor von Samuel Achilefu an der Washington University School of Medicine in St. Louis. "Unsere Gruppe baute auf früheren Arbeiten in diesem Bereich auf, um ein kostengünstiges, einfaches System zu entwickeln, das die Tiefe von Tumorzellen mit Hilfe von Nah-Infrarot (NIR)-Fluoreszenzsonden schnell bestimmen kann."

"Systeme wie dieses könnten in Zukunft eingesetzt werden, um die chirurgischen Ergebnisse von Patienten zu verbessern, die sich einer Tumorentfernung unterziehen", fügte O'Brien hinzu. "Es würde auch verhindern, dass die Ergebnisse der Pathologie abgewartet werden müssen, bevor bestätigt werden kann, ob nach der Tumorentfernung noch Krebszellen vorhanden sind."

Verwandte Links:

WUSTL